I/O复用——epoll函数

select函数有效地解决了多个I/O端口的复用问题，但是select函数存在两个缺陷：

一是进程所能同时打开的文件描述符个数受FD_SETSIZE大小的限制;

二是每个select函数返回可用的文件描述符集合后，应用都必须对所有已注册的文件描述符进行遍历对比，以确定哪个描述符上发生了事件，从而对其进行读写操作。

于是随着文件描述符的增加，系统的性能线性下降，从Linux内核2.6开始，提供了一种新的I/O模型，称为事件I/O（epoll）。epoll有效解决了select存在的问题，称为Linux平台上逐渐流行的编程模式。

二、关于epoll函数的3个系统调用

1、epoll_create

#include<sys/epoll.h>

int epoll_create(int size)

返回值：文件描述符表示成功； -1表示错误； errno记录错误号

epoll_create()函数调用成功，则初始化一个epoll实例，并返回一个和此实例相关联的文件描述符，该文件描述符实际并不指向任何真实的文件，仅作为句柄用于后续使用此epoll实例，size参数表示应用预计需要内核监视的文件描述符个数，注意该参数并不表示最大监视文件描述符个数，而只是一个告诉内核的提示数目，内核可以根据此size参数分配合适的内部数据结构，因此该数据越准确，就越能获得更好的性能。当发生错误时，epoll_create返回-1，并且设置错误代码errno为以下几个值：

a. EINVAL 参数size不是一个整数

b. ENFILE 系统已经分配了最大限度的文件描述符个数了

c. ENOMEM 无足够内存完成此操作

2、epoll_ctl

#include<sys/epoll.h>

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。

epfd是epoll_create()的返回值；op表示动作，用三个宏来表示：EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；

fd是需要监听的fd；

event是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：

typedef union epoll_data {

void *ptr;

int fd;

__uint32_t u32;

__uint64_t u64;

} epoll_data_t;

struct epoll_event {

__uint32_t events; /* Epoll events */

epoll_data_t data; /* User data variable */

};

events可以是以下几个宏的集合：

EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；

EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；

EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；

EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；

EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；

EPOLLET：将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。

EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里。

3、epoll_wait

#include<sys/epoll.h>

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

返回值：准备好的文件描述符个数表示成功，-1表示错误，errno记录错误号

调用epoll_waith后，进程将等待事件的发生，直到timeout参数设定的超时值到时为止，当成功返回后，则返回值为发生了所监视事件的文件描述符个数，并且参数events指向被返回的事件，本次epoll_wait最多可以返回maxevents个事件，因此可以通过遍历的方式逐个处理发生了事件的哪些文件描述符，另外，如果epoll_wait返回了maxevents个事件，并不表示当前只有maxevents个事件发生，而只是说本次调用能处理的事件个数为maxevents，剩下已产生但是未处理的事件存放到epoll上下文的事件队列中，因此将在下次调用epoll_wait并返回时进行处理，epoll_wait调用失败返回-1，并设置错误码如下值：

a. EBADF epfd为一个非法文件描述符

b. EFAULT 进程没有events参数所指向内存的写权限

c. EINTR epoll_wait系统调用被信号中断

d. EINVAL epfd不是合法epoll文件描述符，或者maxevents小于或者等于0

注意：若参数timeout为0，则epoll_wait立即返回，即使没有任何事件发生，并且返回值为0，若参数为-1，则不返回直到发生事件为止。

epoll.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>
#define MAXFD 10
 
void epoll_add(int epfd,int fd)//往内核事件表中添加文件描述符
{
	struct epoll_event ev;
	ev.events = EPOLLIN;//注册读事件，设置关注
    ev.data.fd = fd;
    if(epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev )== -1)  
    //EPOLL_CTL_ADD为操作方法添加
    {  
        perror("epoll_ctl add error");  
	}
    
}
void epoll_del(int epfd,int fd)//从内核事件表中移除文件描述符
{
	if(epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,NULL) == -1 )
    //EPOLL_CTL_ADD为操作方法移除
	{
		perror("epoll_ctl del error");
	}
}
 
int main()   
{   
	int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	assert(sockfd != -1);
 
	struct sockaddr_in saddr,caddr;
	memset(&saddr,0,sizeof(saddr));
	saddr.sin_family = AF_INET;
	saddr.sin_port = htons(6000);
	saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 
	int res = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr));
	assert(res != -1);
 
	listen(sockfd,5);
	assert(sockfd != -1);
 
    int epfd = epoll_create(MAXFD);  
    //系统调用，在内核空间中创建内核事件表，实际为一种红黑树的数据结构
    if(epfd == -1)  
    {  
        perror("epoll_create failed");  
   
    }  
     
	epoll_add(epfd,sockfd);//把事件和文件描述符添加到红黑树中的结点中去
    struct epoll_event events[MAXFD]; 
    //因为epoll_wait()会把就绪的文件描述符存在一个数组中，所以定义这个数组
 
    while(1)  
    {  
        int n = epoll_wait(epfd,events,MAXFD,5000);  
        //检查就绪并且将其添加到events这个数组中
        if(n == -1)  //失败
        {  
            perror("epoll_wait error");  
            continue;
        }  
		else  if(n == 0)//超时
		{
			printf("time out\n");
			continue;
		}
        //有n个数据元素就绪
		else
		{
			int i = 0;  
			for(;i < n;i++)  
			{  
				int fd = events[i].data.fd;
			    if(events[i].events & POLLIN)
                //因为有多种事件，因此要检查是哪种类型的时间，在此关注检查读事件
                {
					if(fd == sockfd)  //监听套接字
					{  
						int len = sizeof(caddr);	
 
						int c = accept(sockfd,&caddr,&len);
						if(c <= 0)
						{
							continue;
						}
						
						printf("accept c=%d\n",c); 
           
						epoll_add(epfd,c);  //新的连接产生，添加到内核事件表中
				
					}
        
				    else  
				    {  
					  char buff[128] = {0};
					  int num = recv(fd,buff,127,0)
					  if( num <= 0)  //对方关闭
					  {  
                        //先epoll_del()移除再close()关闭，因为epoll_del()中epoll_ctl()这
                        //个系统调用要用到fd,所以不能先关闭，如果先关闭的话，就找不到了，在执
                        //行时会提示为无效描述符close（）不会使值发生变化，但会使得值无效
						epoll_del(epfd,fd);
						close(fd);
						printf("one client close\n");
                        continue;
					  }  
					  printf("recv(%d):%s\n",fd,buff);  
					  send(fd,"OK",2,0);  
				   }
               }  
			}  
		}
	}  
}

运行结果：

I/O复用——epoll函数

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